CN105121043B - 轧辊外层材料及热轧用复合轧辊 - Google Patents

轧辊外层材料及热轧用复合轧辊 Download PDF

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Abstract

提供一种轧辊表层的耐疲劳性优异、难以产生疲劳伤痕和碎屑剥落的热轧用轧辊外层材料、热轧用复合轧辊。一种轧辊外层材料，含有圆当量直径为3～30μm的微细碳化物为500～2500个/mm2，并且，圆当量直径为50μm以上的粗大碳化物以20个/mm2以下存在，优选的是，该轧辊外层材料为以下组成：以质量％计，含有C：2.4～2.9％、Si：0.2～1.0％、Mn：0.2～1.0％、Cr：4.0～7.5％、Mo：4.0～6.5％、V：5.3～7.0％、Nb：0.5～3.0％，满足1.5≤(Cr+Mo)/V≤2.4(在此，Cr、Mo、V为各元素的含量(质量％))，进一步优选含有Al：0.001～0.05％或REM：0.001～0.03％中的一种以上，余量由Fe及不可避免的杂质构成。以及具有由该外层材料构成的外层的热轧用复合轧辊。

Description

轧辊外层材料及热轧用复合轧辊
技术领域
本发明涉及构成钢板的热轧精轧机(hot rolling finishing mill)用的热轧用复合轧辊(composite roll for hot rolling)的外层(outer layer)的轧辊外层材料(roll outer layer material)及具有由该轧辊外层材料构成的外层的热轧用复合轧辊。
背景技术
近年来，随着钢板的热轧技术的进步，轧辊的使用环境越发严酷。另外，近年来，高强度钢板和薄壁制品等轧制负荷(rolling load)大的钢板的生产量不断增加。因此，产生由热轧用轧辊的轧制面的疲劳引起的表面劣化(surface deterioration)、碎屑剥离缺陷(chipping)的情况变多。此外，此处的热轧用轧辊是指用于精轧的工作轧辊。
如今，在热轧中多使用高速钢系轧辊(high-speed steel roll)，该高速钢系轧辊通过在钢中添加几％量的V而使硬质碳化物大量出现，从而使耐磨性(abrasionresistance)提高。
例如，在专利文献1、专利文献2中提出了高速钢系的热轧用轧辊外层材料。专利文献1所记载的热轧用轧辊外层材料含有C：1.5～3.5％、Ni：5.5％以下、Cr：5.5～12.0％、Mo：2.0～8.0％、V：3.0～10.0％、Nb：0.5～7.0％。并且，专利文献1所记载的热轧用轧辊外层材料以Nb、V及C的含量满足特定的关系、并且Nb与V之比处于特定范围内的方式含有Nb及V。由此，即使适用离心铸造法(centrifugal casting method)也能抑制外层材料中的硬质碳化物(hard carbide)的偏析(segregation)，成为耐磨性(abrasion resistance)和抗裂性(crack resistance)优异的热轧用轧辊外层材料。
另外，专利文献2所记载的热轧用轧辊外层材料含有C：1.5～3.5％、Cr：5.5～12.0％、Mo：2.0～8.0％、V：3.0～10.0％、Nb：0.5～7.0％。并且，专利文献2所记载的热轧用轧辊外层材料以Nb、V及C的含量满足特定的关系、并且Nb与V之比处于特定范围内的方式含有C、Nb及V。由此，即使适用离心铸造法，也能够抑制外层材料中的硬质碳化物的偏析，从而热轧用轧辊的耐磨性和抗裂性提高。因此，专利文献2所记载的技术有助于能够高效率地进行热轧。
但是，为了实现热轧而成的产品的质量提高(improved quality)和生产能力提高(increase in productivity)，热轧用轧辊的使用环境不断严酷化。另外，对热轧产品的表面质量(surface quality)的要求变得严格，同时钢板的连续轧制量增加，因此，与磨损相比，抑制表面劣化等轧辊表面的疲劳损伤成为更大的课题。
针对这样的课题，专利文献3中提出以下了离心铸造制复合轧辊，该复合轧辊含有C：2.2～2.6％、Cr：5.0～8.0％、Mo：4.4～6.0％、V：5.3～7.0％、Nb：0.6～1.3％，并且以使Mo+V、C－0.24V－0.13Nb处于特定范围内的方式调整C、Mo、V、Nb的含量而成。该离心铸造制复合轧辊的热轧环境下的轧辊表层的耐疲劳性(fatigue resistance)优异。
专利文献1:日本特开平04－365836号公报
专利文献2:日本特开平05－1350号公报
专利文献3:日本特开2009－221573号公报
发明内容
但是，近年的轧制技术以惊人的速度向轧制钢板的高质量化和高级化进步。另外，同时对于轧制严格地追求低成本化。这样，热轧用轧辊的使用环境愈加严峻。特别是，以热轧用轧辊表面的粗大碳化物的破坏为主因的表面劣化、碎屑剥落等热轧用轧辊表面的疲劳损伤(fatigue damages)的产生被视为问题。即使适用专利文献3所示的技术，也确认到上述的疲劳损伤的产生。
本发明的目的在于，解决上述现有技术的问题，提供一种表层的耐疲劳性(在此，将抑制热轧中在轧辊表层部产生的表面劣化、碎屑剥落等疲劳损伤的性能称为“耐疲劳性”)优异的热轧用的轧辊外层材料、和使用该轧辊外层材料形成外层而成的热轧用离心铸造制复合轧辊(composite roll for hot rolling produced through centrifugalcasting)(在本说明书中，有时称为热轧用复合轧辊(composite roll for hotrolling)。)。
本申请发明人为了实现上述目的，对因热轧(hot rolling)而产生了表面劣化或碎屑剥落的轧辊表面进行详细观察和调查，得到了如下重要的见解：因在以圆当量直径计超过50μm的粗大的碳化物中产生(initiation)及传播(propagation)的裂纹，而导致轧辊表层产生破坏，从而引起表面劣化或碎屑剥落。因此，本申请发明人对于如何控制碳化物形态(carbide morphology)会提高耐疲劳性(fatigue resistance)，详细调查了热轧用复合轧辊的外层表面的碳化物的损伤形态(damage morphology)，通过这些措施等进行了深入研究。结果发现了如下新的现象：若以圆当量直径计为50μm以上的粗大碳化物的数量减少并且微细的碳化物(以圆当量直径计为3～30μm的各种尺寸的碳化物混合存在)大量出现，则热轧用复合轧辊的外层表面的损伤被显著地抑制。
本申请发明人为了在技术方面具体实现耐疲劳性的显著提高，进一步进行了深入研究，明确了粗大碳化物和微细碳化物的定量的最佳范围。
另外，对于化学组成也进行了研究，也明确了优选的成分范围，并且得到以下以往没有的见解：通过以使V量和(Cr+Mo)量满足特定关系的方式调整各元素的含量，热轧时的轧辊的耐疲劳性会显著提高。
首先，说明作为本发明的基础的实验结果。
为了制作圆当量直径为50μm以上的粗大碳化物数量和圆当量直径为3～30μm的微细碳化物的数量发生变化的热滚动接触疲劳试验片(hot rolling contact fatigue testspecimens)的原料，通过高频炉(high-frequency furnace)制备具有如下组成的熔融金属，并通过离心铸造法铸造与轧辊外层材料相当的环状轧辊材料(ring roll material)(外径：φ250mm、宽度：75mm、壁厚：55mm)，上述熔融金属的组成为：以质量％计，含有C：1.9～2.9％、Si：0.3～0.9％、Mn：0.4～1.0％，并且使Cr在3.7～13.6％的范围、Mo在4.1～7.0％的范围、V在4.5～8.1％的范围、Nb在0～3.6％的范围、Al在0～0.046％的范围、以及REM在0～0.027％的范围内变化，余量由Fe及不可避免的杂质构成。在此，浇铸温度(casting temperature)为1450～1530℃，离心力(centrifugal force)以重力倍数计为180G。另外，在铸造后，实施多次从1050℃开始的淬火处理、530～560℃下的回火处理，使上述环状轧辊材料的肖氏硬度(shore hardness)为HS80～87。
从所得到的环状轧辊材料采集热滚动接触疲劳试验片(外径φ60mm、壁厚10mm)，实施了热滚动接触疲劳试验(日本特开2010－101752号所记载的试验)，该试验能够再现性良好地评价实际生产线中的热轧用作业轧辊(work roll for hot rolling)的耐疲劳性。需要说明的是，对于热滚动接触疲劳试验片，通过使用了φ0.2mm的线材(wire)的放电加工法(electric spark forming)(线切割(wire cutting))在外周面的2处导入了图3所示那样的缺口(notch)(深度t：1.2mm、周向长度L：0.8mm)。另外，对热滚动接触疲劳试验片的滚动接触面(rolling contact surface)的端部实施了1.2C的倒角(chamfer the corners)。
如图3所示，热轧疲劳试验(fatigue test)通过具有缺口的试验片(热轧疲劳试验片)和被加热的相对材料(opposite material)的2圆盘的滑动转动疲劳方式(Sliprolling fatigue type)而进行。即，如图3所示，一边对试验片(热滚动接触疲劳试验片)进行水冷一边使其以700rpm旋转，使加热至810℃的相对片(材质：S45C、外径：φ190mm、宽度：15mm)以980N的载荷与旋转的该试验片压接，同时使其以滑动率(slip ratio)9％转动。使热滚动接触疲劳试验片转动直至导入该试验片的2个缺口破损(breakage)，分别求出直到各缺口破碎为止的转动旋转数，将其平均值作为热滚动接触疲劳寿命(fatigue life)。而且，将热滚动接触疲劳寿命超过300千次的情况评价为热滚动接触疲劳寿命显著优异。所得到的结果如图1、图2所示。图1是热滚动接触疲劳寿命(热轧疲劳意味着热滚动接触疲劳。因此，耐热轧疲劳性意味着热滚动接触疲劳寿命)与上述的粗大碳化物及微细碳化物的每单位面积的个数之间的关系，图2是热滚动接触疲劳寿命与(Cr(％)+Mo(％))/V(％)之间的关系。
从图1可知，随着圆当量直径(circle equivalent diameters)为3～30μm的微细碳化物的量增加，热滚动接触疲劳寿命显著提高。但是，当圆当量直径为50μm以上的粗大碳化物的量超过20个/mm2时，即使圆当量直径为3～30μm的微细碳化物的量多，热滚动接触疲劳寿命也显著降低。根据该结果(图1)可以明确，为了确保300千次以上的热滚动接触疲劳寿命(使热滚动接触疲劳寿命显著提高)，需要使圆当量直径超过50μm的粗大碳化物的量为20个/mm2以下，并且使圆当量直径为3～30μm的微细碳化物的量为500～2500个/mm2。
另外，关注化学组成的平衡，如图2所示，当(Cr(％)+Mo(％))/V(％)小于1.5或大于2.4时，热滚动接触疲劳寿命显著降低。在此，Cr和Mo是容易形成粗大碳化物的元素，V相反地容易形成微细碳化物且还具有将上述粗大碳化物分割、微细化的效果。因此，(Cr(％)+Mo(％))/V(％)是作为用于改善碳化物的形态并提高热滚动接触疲劳寿命的指数而新发现的限定式。
此外，根据本申请发明人的研究，如果使用该热滚动接触疲劳试验，则能够简便地评价热轧用轧辊材料的热滚动接触疲劳寿命。当热滚动接触疲劳寿命的数值大时，成为如下轧辊外层材料，即能够将即使在严酷的轧制环境下使用时也难以发生表面劣化、且碎屑剥落少的优异的耐久性赋予热轧用复合轧辊的外层。
此外，轧辊的碳化物组织的定量通过以下方法进行。首先，从距离轧辊使用初期的外表面在深度方向上为20～25mm的范围的任意位置切出试样，对该试样的切断面进行加工到镜面研磨(mirror polishing)。接着，用硝酸酒精溶液(natal)对研磨后的切断面进行强烈腐蚀，通过光学显微镜(optical microscope)观察时，碳化物为白色，基底为黑色。接着，使用图像分析装置(image analysis device)以显微镜的倍率100倍(显示器上的倍率为200倍)来调查切断面的碳化物形态。将圆当量直径为50μm以上的粗大碳化物的数量和圆当量直径为3～30μm的微细碳化物的数量设为定量值。需要说明的是，观察到的视野面积(field of view area)为9mm2。
本发明是基于上述见解而完成的。即，本发明的主要内容如下所述。
[1]一种轧辊外层材料，是用于热轧用复合轧辊的外层的铸铁系轧辊外层材料(cast-iron roll outer layer material)，其特征在于，含有圆当量直径为3～30μm的微细碳化物为500～2500个/mm2，并且，圆当量直径为50μm以上的粗大碳化物以20个/mm2以下存在。
[2]如[1]所述的轧辊外层材料，其特征在于，具有以下组成：以质量％计，含有C：2.4～2.9％、Si：0.2～1.0％、Mn：0.2～1.0％、Cr：4.0～7.5％、Mo：4.0～6.5％、V：5.3～7.0％、Nb：0.5～3.0％，并且Cr、Mo、V的含量满足下述(1)式，余量由Fe及不可避免的杂质构成，
1.5≤(Cr+Mo)/V≤2.4···(1)
在此，Cr、Mo、V为各元素的含量(质量％)。
[3]如[2]所述的轧辊外层材料，其特征在于，在上述组成的基础上，以质量％计，含有Al：0.001～0.05％及REM：0.001～0.03％中的一种以上。
[4]一种热轧用复合轧辊，其由外层和内层熔接一体化而成，其特征在于，上述外层由[1]至[3]中所记载的轧辊外层材料构成。
发明效果
本发明的热轧用复合轧辊即使在作用有高轧制负载或连续轧制量多的严酷的热轧环境下使用，也难以产生表面劣化和表层碎屑剥离(surface chipping)等轧辊表面的热轧疲劳损伤(因热轧导致的疲劳损伤)。因此，根据本发明，具有能够同时实现表面质量的显著提高和轧辊寿命的提高这样的效果。
根据本发明，能够容易地制造耐疲劳性显著提高的热轧用复合轧辊。因此，根据本发明，还能够全部实现热轧钢板的生产能力的提高、表面质量的显著提高、以及轧辊寿命的提高。
附图说明
图1是表示热滚动接触疲劳试验中的热滚动接触疲劳寿命、与粒状碳化物的面积率及每单位面积的粗大碳化物的个数之间的关系的图。
图2是表示热滚动接触疲劳试验中的热滚动接触疲劳寿命与(Cr(％)+Mo(％))/V(％)之间的关系的图。
图3是示意性地表示在热滚动接触疲劳试验中使用的试验机的结构、热滚动接触疲劳试验用试验片(疲劳试验片)及在热滚动接触疲劳试验用试验片(疲劳试验片)的外周面导入的缺口的形状、尺寸的说明图。
具体实施方式
本发明的轧辊外层材料为离心铸造制，能够直接作为环形轧辊(ring roll)、镶套轧辊(sleeve roll)。另外，本发明的轧辊外层材料适合用作作为热精轧用而合适的、热轧用复合轧辊的外层材料。另外，本发明的热轧用复合轧辊由离心铸造的外层和与该外层熔接一体化的内层构成。此外，也可以在外层与内层(inner layer)之间配置中间层。即，也可以代替与外层熔接一体化的内层，而设为与外层熔接一体化的中间层以及与该中间层熔接一体化的内层。该情况下，可以说是经由中间层将外层和内层熔接一体化。此外，内层优选通过静置铸造法(static casting)制造。在本发明中，内层、中间层的组成没有特别限定，但优选的是，内层由球墨铸铁(nodular graphite cast iron)形成，中间层由C为1.5～3质量％的高碳原料形成。
接下来，说明轧辊外层材料(外层)的优选组成范围的限定理由。需要说明的是，以下，只要没有事先说明，则质量％简单地记作％。
C：2.4～2.9％
C具有以下作用：进行固溶而使基体(base phase)的硬度增加，并且与碳化物形成元素(carbide-forming element)结合而形成硬质碳化物，使轧辊外层材料的耐磨性提高。与C含量相应地，对轧制使用特性产生影响的碳化物的形态发生变化。在此，轧制使用特性是指将轧制时的轧辊外层材料表面的润滑性和耐疲劳性复合的、作为轧辊外层材料的必要特性。当C含量低于2.4％时，碳化物量不足，存在轧制时轧辊外层材料表面的摩擦力增加从而轧制变得不稳定的情况。另一方面，当含有超过2.9％的C时，存在使碳化物量过度增加、形成连结的粗大碳化物从而使耐疲劳性降低的情况。因此，C的含量优选限定在2.4～2.9％的范围。另外，在不含有Al、REM的情况下，C的含量优选限定在2.7～2.9％的范围。
Si：0.2～1.0％
Si是作为脱氧剂(deoxidizing agent)发挥作用并且提高熔融金属的铸造性(casting performance)的元素。在本发明中，期望使Si的含量为0.2％以上。另外，即使Si的含量超过1.0％，效果也会饱和而无法期待与含量相称的效果，且与因使Si的含量增加导致的费用增加相应地，在经济方面是不利的。因此，Si的含量优选限定在0.2～1.0％的范围。
Mn：0.2～1.0％
Mn具有将S固定为MnS而使其无害化的作用。另外，Mn是具有固溶于基体从而使淬火性(hardenability)提高的效果的元素。为了得到这样的效果，Mn的含量优选为0.2％以上。另外，即使Mn的含量超过1.0％，效果也饱和而无法期待与含量相称的效果，且与因使Mn的含量增加导致的费用增加相应地，在经济方面是不利的。另外，若Mn的含量超过1.0％，则存在轧辊材料发生脆化的情况。因此，Mn的含量优选限定在0.2～1.0％的范围。
Cr：4.0～7.5％
Cr是具有以下作用的元素：其与C结合而主要形成共晶碳化物(eutecticcarbide)，使耐磨性提高，并且，使轧制时钢板与轧辊外层材料表面之间的摩擦力减小，减轻轧辊表面的损伤，使轧制稳定化。另外，在本发明中，Cr具有在粒状碳化物(granularcarbide)和基体中也适当固溶而强化轧辊外层材料的作用。为了得到这样的效果，优选使Cr的含量为4.0％以上。另一方面，若Cr的含量超过7.5％，则粗大的共晶碳化物过度增加，存在耐疲劳性降低的情况。因此，Cr的含量优选限定在4.0～7.5％的范围。
Mo：4.0～6.5％
Mo是与C结合形成硬质的碳化物从而提高耐磨性的元素。另外，Mo固溶于硬质的MC型碳化物中，强化碳化物，并且也固溶于共晶碳化物中，增加这些碳化物的抗破坏性(fracture resistance)。通过这样的作用，Mo使轧辊外层材料的耐疲劳性提高。为了得到这样的效果，优选使Mo的含量为4.0％以上。另外，当Mo的含量超过6.5％时，生成以Mo为主体的硬脆的碳化物(hard and brittle carbide)，存在耐疲劳性降低的情况。因此，Mo的含量优选限定在4.0～6.5％的范围。
V：5.3～7.0％
V是为了实现兼具耐磨性和耐疲劳性而在本发明中重要的元素。V是如下元素：其形成极其硬质的粒状碳化物(MC型碳化物)从而使耐磨性提高，并且对于将粗大的共晶碳化物分割、使其分散地结晶(dispersedly crystallize)有效地起作用，使轧辊外层材料的耐疲劳性显著提高。这样的效果通过使V的含量为5.3％以上而变得显著。另外，当含有超过7.0％的V时，存在使MC型碳化物粗大化、并且助长MC型碳化物的离心铸造偏析(centrifugal casting segregation)的情况，该情况下，热轧用轧辊的各种特性变得不稳定。因此，V的含量优选限定在5.3～7.0％的范围。
Nb：0.5～3.0％
Nb固溶于粒状的MC型碳化物从而强化MC型碳化物，并利用通过与Mo共存而增加抗破坏性的作用，使耐疲劳性提高。另外，Nb是具有促进粗大的共晶碳化物的分割、抑制共晶碳化物的破坏的作用从而使轧辊外层材料的耐疲劳性提高的元素。另外，Nb具有抑制MC型碳化物的离心铸造时的偏析的作用。这样的效果在Nb的含量为0.5％以上时变得显著。另外，若含有超过3.0％的Nb，则存在促进熔融金属中的MC型碳化物的生长从而助长离心铸造时的碳化物的偏析的情况。因此，Nb的含量优选限定在0.5～3.0％的范围。更优选为0.5～2.0％。
Al：0.001～0.05％及REM：0.001～0.03％中的一种以上
Al、REM均具有强烈促进粒状碳化物的生成的作用，具有使微细碳化物的量增加的效果。因此，Al及REM对轧辊外层材料赋予优异的耐疲劳性。为了得到这样的效果，优选以合计0.001％以上含有Al及REM中的至少一种。即使Al的含量超过0.05％或REM的含量超过0.03％，效果也饱和，并且容易产生气体缺陷(gas defect)。因此，优选含有Al：0.001～0.05％或REM：0.001～0.03％中的一种以上。
在此，REM为2种以上的稀土类元素的混合物即混合稀土金属(misch metal)，在难以分析所有的稀土类元素的情况下，REM的含量可以为Ce分析值的2倍。
在本发明中，优选在上述的含有范围内含有Cr、Mo、V并且将其以满足下述(1)式的方式进行调整。
1.5≤(Cr+Mo)/V≤2.4‥‥(1)
(在此，Cr、Mo、V为各元素的含量(质量％))
在(Cr+Mo)量与V量之比小于1.5从而不满足(1)式的情况下，有时无法确保所期望的优异的热滚动接触疲劳寿命。另一方面，当(Cr+Mo)量与V量之比大于2.4时，粗大的共晶碳化物过度增加，存在热滚动接触疲劳寿命显著降低的情况。因此，优选将(Cr+Mo)/V限定为1.5以上、2.4以下。
上述的成分以外的余量由Fe及不可避免的杂质构成。作为不可避免的杂质，能够例示P：0.05％以下、S：0.05％以下、N：0.06％以下、B：0.03％以下、Ni：0.2％以下。
P在晶界产生偏析从而使材质劣化，因此在本发明中期望尽可能降低P的含量。然而，如果P的含量为0.05％以下则是允许的。
另外，S作为硫化物系夹杂物存在从而使材质变差，因此优选尽可能降低S的含量。然而，如果S的含量为0.05％以下则是允许的。
N通过通常的溶解会混入0.01～0.06％左右。如果是这种程度的N的含量则不会对本发明的效果产生影响。然而，N有时使得在复合轧辊的外层与中间层或中间层与内层的边界产生气体缺陷，因此N的含量优选限制为低于0.05％。
另外，B是从作为熔化原料(raw metal for melting metal)的废料(scrap)或铸造熔剂(casting flux)等混入的元素，具有固溶于碳化物而使碳化物脆弱化的作用。在本发明中优选尽可能降低B的含量。然而，如果B的含量为0.03％以下则不会对本发明的效果产生不良影响，是允许的。
Ni是从作为熔化原料的废料混入的元素，对轧辊外层材料的淬火性产生影响，使得产生热处理后的硬度和残余应力(residual stress)的偏差(variation)。在本发明中，优选尽可能降低Ni的含量。然而，如果Ni的含量为0.2％以下则在轧辊的制造中是允许的。
接下来，说明本发明的热轧用复合轧辊的优选的制造方法。
在本发明中，轧辊外层材料的制造方法为能量成本(energy costs)低的廉价的、离心铸造法。
首先，将上述的轧辊外层材料组成的熔融金属以成为规定厚度的方式浇铸(pouring)于在内表面以1～5mm厚度被覆有以锆石(zircon)等为主要材料的耐火物的、旋转的铸模，进行离心铸造。在此，铸模(casting mold)的转速优选以使施加于轧辊的外表面的重力倍数为120～220G的范围的方式进行调整。而且，在形成中间层的情况下，优选在轧辊外层材料的凝固过程中或完全凝固后，一边使铸模旋转一边浇铸中间层组成的熔融金属，进行离心铸造。优选的是，在外层或中间层完全凝固后，停止铸模的旋转并使铸模立起，之后静置铸造内层材料，制作复合轧辊。由此，轧辊外层材料的内面侧再次熔化从而成为外层与内层熔接一体化、或者外层与中间层、中间层与内层熔接一体化的复合轧辊。
此外，静置铸造的内层优选使用铸造性和机械性能优异的球墨铸铁、蠕墨铸铁(VC铸铁)等。离心铸造制的轧辊的外层和内层一体熔接，因此在内层中混入1～8％左右的外层材料的成分。若外层材料所含有的Cr、V等碳化物形成元素混入到内层，则会使内层脆弱化。因此，外层成分向内层的混入率优选抑制为小于6％。
另外，在形成中间层的情况下，作为中间层材料，优选使用石墨钢(graphitesteel)、高碳钢(high-carbon steel)、亚共晶铸铁(hypoeutectic cast iron)等。中间层与外层同样地一体熔接，外层成分以10～95％的范围向中间层混入。从抑制外层成分向内层的混入量的观点出发，尽可能减少外层成分向中间层的混入量是重要的。
本发明的热轧用复合轧辊优选在铸造后实施热处理。热处理优选为将以下工序实施1次以上的处理，即，加热至950～1150℃并进行空冷或风冷(air blast cooling)的工序、和进一步加热至450～600℃并进行保持之后进行冷却的工序。
此外，本发明的热轧用复合轧辊的优选硬度为79～88HS，更优选的硬度为80～87HS。推荐调整铸造后的热处理以使得能够稳定地确保这样的硬度。
实施例1
通过高频炉(high-frequency furnace)将表1所示的轧辊外层材料组成的熔融金属熔化，并通过离心铸造法制备环状试验材料(环形轧辊；外径：φ250mm、宽度：75mm、壁厚：55mm)。此外，浇铸温度为1430～1550℃，离心力以重力倍数计为180G。在铸造后，实施从1050℃开始的淬火处理、540～560℃下的回火处理，将硬度调整为79～86HS。从所得到的环状试验材料采集微观组织观察用试验片和疲劳试验片，实施微观组织观察(observationof microstructure)以及热滚动接触疲劳试验。试验方法如下所述。
(1)热滚动接触疲劳试验
从所得到的环状试验材料采集图3所示的形状的疲劳试验片(外径φ60mm、壁厚10mm、有倒角)。对于疲劳试验片，通过使用了φ0.2mm的线材的放电加工(线切割)法在外周面的2处导入了图3所示那样的缺口(深度t：1.2mm、周向长度L：0.8mm)。
如图3所示，热滚动接触疲劳试验通过热滚动接触疲劳试验片和相对材料的2圆盘滑动转动方式进行，一边对热滚动接触疲劳试验片进行水冷一边使其以700rpm旋转，使加热至810℃的相对片(材质：S45C、外径：φ190mm、宽度：15mm)以980N的载荷与旋转的该试验片压接，同时使其以滑动率9％转动。而且，使热滚动接触疲劳试验片转动直至导入该试验片的2个缺口破损，分别求出直到各缺口破损为止的转动旋转数，将其平均值作为热滚动接触疲劳寿命。将该热滚动接触疲劳寿命超过300千次的情况设为热滚动接触疲劳寿命优异。
所得到的结果如表2所示。
表1
表2
本发明例的任一个与比较例相比，热滚动接触疲劳寿命均显著提高。
此外，比较例M、R、S、U、V的圆当量直径为3～30μm的微细碳化物少，热滚动接触疲劳寿命劣化。另外，比较例L、M、N、P、Q、S、T的圆当量直径超过50μm的粗大碳化物过剩地存在，因此裂纹在该粗大碳化物中传播而导致热滚动接触疲劳特性显著降低。另外，比较例W的微小碳化物数过剩地变多，裂纹传播至接近的碳化物而导致热滚动接触疲劳寿命显著降低。

Claims (3)

1.一种轧辊外层材料，是用于热轧用复合轧辊的外层的铸铁系轧辊外层材料，其特征在于，
含有圆当量直径为3～30μm的微细碳化物为500～2500个/mm2，并且，圆当量直径为50μm以上的粗大碳化物以20个/mm2以下存在，
所述轧辊外层材料具有以下组成：以质量％计，含有C：2.4～2.9％、Si：0.2～1.0％、Mn：0.2～1.0％、Cr：4.0～7.5％、Mo：4.0～6.5％、V：5.3～7.0％、Nb：0.5～3.0％，并且Cr、Mo、V的含量满足下述(1)式，余量由Fe及不可避免的杂质构成，
1.5≤(Cr+Mo)/V≤2.4···(1)
在此，Cr、Mo、V为各元素的含量，单位为质量％。
2.如权利要求1所述的轧辊外层材料，其特征在于，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有Al：0.001～0.05％及/或REM：0.001～0.03％，其中，REM为2种以上的稀土类元素的混合物即混合稀土金属。
3.一种热轧用复合轧辊，其由外层和内层熔接一体化而成，该热轧用复合轧辊的特征在于，所述外层由权利要求1或2所述的轧辊外层材料构成。
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